Odhalená tajemství měsíce Pheobe

Počátkem června loňského roku, tři týdny před vstupem na oběžnou dráhu kolem Saturnu, zahájila sonda Cassini-Huygens výzkum této odlehlé části sluneční soustavy. Prvním cílem, na který zaměřila své přístroje, byl jeden z vnějších Saturnových měsíců — Phoebe. Pořízené snímky svým rozlišením dalece předčí všechny fotografie tohoto tělesa, které získala sonda Voyager 2 v roce 1981. Ukazují zvrásněný povrch pokrytý horami i krátery a dosahují takové kvality, že na záběrech s nejvyšším rozlišením je možné rozeznat objekty svou velikostí srovnatelné s malým domem. Získané výsledky jsou o to cennější, že sonda Cassini navštívila měsíc Phoebe poprvé a zároveň naposledy v průběhu své čtyřleté mise.

Obr. 1: Snímek saturnova měsíce Phoebe vznikl složením šesti samostatných záběrů. Fotografie byly pořízeny ze vzdálenosti 16 — 12,5 tisíc km. Rozlišení snímku je 74 m na pixel. [1]

Obr. 2: Val jednoho z velkých kráterů na povrchu měsíce Phoebe. Na snímku, který byl pořízen ze vzdálenosti 12 tisíc km, v době, kdy spojnice sonda-Phoebe a Phoebe-Slunce spolu svíraly takzvaný fázový úhel 78°, jsou patrné sesuvy tmavého materiálu z kráterových valů, které tak odhalují světlejší vrstvy vespod. Kráter vlevo nahoře má průměr asi 45 km. [2]

Obr. 3: Teplotní mapa povrchu měsíce Phoebe pořízená infračerveným spektrometrem sondy Cassini 11. června 2005, 2 hodiny před nejtěsnějším přiblížením. Teplota jednotlivých částí povrchu je výrazně ovlivněna topografií, jak je patrné z přiloženého obrázku ve viditelné oblasti spektra. [3]

Obr. 4: Radarová mapa povrchu měsíce Phoebe, který má, přes všechny mohutné a nepravidelné struktury na povrchu, poměrně kulatý tvar. Barevně jsou vyznačeny výrazné odchylky od stření výšky (zeleně). Červená a žlutá barva zvýrazňují vyvýšeniny, modrá naopak prolákliny. Výškový rozdíl mezi červenou a modrou barvou je asi 16 km. [4]

Phoebe je pro vědce velmi zajímavým objektem. Byl objeven již v roce 1898 jako vůbec první Saturnův měsíc nalezený za pomoci tehdy nové pozorovací metody — fotografie. Později se ukázalo, že jeho povrch je s největší pravděpodobností pokryt špinavou ledovou krustou, která je velmi tmavá a odráží pouze 6% dopadajícího slunečního záření. Dlouhou dobu se věřilo, že materiál vyvržený z povrchu Phoebe, je zodpovědný za vzhled jiného Saturnova měsíce Iapetus, který jeví extrémní rozdíl v odrazivosti svých dvou polokoulí — jedna je bílá jako sníh a druhá tmavá jako asfalt. (Možnou souvislost se však dosud nepodařilo prokázat.)

Měsíc Phoebe je tělesem o průměru cca 220 km a je výjimečný především svou retrográdní dráhou (obíhá v opačném smyslu než většina ostatních satelitů Saturnu). Tento fakt, společně s již dříve zmíněnými vlastnostmi povrchu, vedl vědce k domněnce, že Phoebe je objektem druhotně zachyceným na oběžné dráze kolem Saturnu, a že jeho původ bude nutné hledat v Edgeworthově-Kuiperově pásu malých těles, která obíhají samostatně kolem Slunce daleko za drahami Uranu a Neptunu. Díky sondě Cassini získali odborníci poprvé v historii možnost zkoumat takové těleso z poměrně malé vzdálenosti, a ověřit své předpoklady na místě.

První snímky Phoebe získala sonda Cassini už ve dnech 4. až 7. června 2004, a to ze vzdálenosti 4,1 až 2,5 mil. km. Již tato série záběrů odhalila, že povrch měsíce je dle očekávaní velice rozmanitý. Fotografie ukázaly velké krátery, ale především výrazné kontrasty mezi jednotlivými částmi povrchu, způsobené odlišnou odrazivostí (albedem) různých typů materiálu.

K nejtěsnějšímu přiblížení k Phoebe na vzdálenost 2070 km však došlo až 11. června 2004. Kromě snímkování povrchu sonda Cassini zjišťovala také hmotnost a velikost tohoto měsíce. Pomocí přesného měření změn směru letu a orientace vůči referenčním hvězdám se podařilo určit, jakou silou měsíc ovlivnil dráhu sondy, a tím měsíc „zvážit“. Na základě známé hmotnosti a velikosti bylo možné stanovit také průměrnou hustotu Phoebe. Ta se pohybuje kolem 1,6 g/cm³, což je jen dvakrát více, než by odpovídalo čistému vodnímu ledu (0,93 g/cm³).

Pomocí infračervené spektroskopie byla při průletu získána také teplotní mapa Phoebe. Ukázalo se, že průměrná denní teplota povrchu se pohybuje kolem 110 K (-163 °C) a způsob jeho chladnutí s příchodem noci naznačuje, že materiál je velice porézní a do jisté míry podobný „prachovému sněhu“. Sonda Cassini provedla také radarové mapování povrchu. Phoebe se tak stal prvním tělesem svého druhu, u kterého byl tento experiment proveden. Výsledky plně potvrzují povahu povrchových vrstev, kterou naznačily ostatní provedená měření.

Všechny poznatky o složení a vlastnostech povrchu Phoebe, získané spektroskopicky ve viditelné a infračervené oblasti, ukazují, že je tvořen převážně vodním ledem, dále pak minerály bohatými na vodu (hydráty) a oxidem uhličitým. Byla objevena také řada primitivních organických sloučenin, které jsou patrné jen na některých místech a tvoří na povrchu jakési skvrny. Zajímavé v této souvislosti je, že nalezené uhlovodíky jsou podobné látkám, jejichž výskyt byl prokázán v některých typech geologicky starých meteoritů. Kromě nich však byly nalezeny i další organické látky, jejichž identifikace je dosud sporná.

Detailní snímky Phoebe ukazují mnoho zajímavých podrobností na zvrásněném a impakty rozbitém povrchu. Celé těleso je pokryto hlubokými rýhami či naopak vysokými hřbety. Na stěnách velkých kráterů jsou patrné pruhy materiálu, které naznačují, že i při nízké gravitaci dochází na okrajových valech k sesouvání hmoty, čímž jsou odhalovány světlejších podpovrchové vrstvy. Ze snímků bylo možné odvodit, že tmavá povrchová vrstva je silná jen asi 300 až 500 m.

Kromě velkých kráterů je Phoebe doslova poset také mnohem menšími světlými krátery s rozměry kolem 1 km v průměru, od kterých se táhnou paprsky vyvrženého materiálu. Podobný vzhled povrchu je typický i pro jiná tělesa sluneční soustavy, bohatá na vodní led, jako je například Jupiterův měsíc Ganymedes. Tyto útvary vznikají tak, že impaktující těleso vytvoří malý kráter. Tím dojde k narušení tenké, tmavé povrchové vrstvy. Na dně vzniklé prohlubně jsou odhaleny podpovrchové depozity materiálu bohatého na vodní led, které mají mnohem světlejší barvu. Část z nich je při impaktu vyvržena do okolí.

Tyto útvary jsou většinou velmi mladé, což znamená, že kromě srážek s velkými tělesy v dávné historii, musel Phoebe prodělat také tisíce menších kolizí s objekty o průměru kolem 100 m, a to v geologicky nedávné minulosti. Dosud není zcela jisté, odkud se tyto projektily vzaly — zda přišly z vnějších oblastí mimo dosah přitažlivosti Saturnu, nebo jsou známkou událostí v systému Saturnových měsíců. V současnosti se jeví jako pravděpodobné, že Phoebe, nejvzdálenější a zároveň největší z vnějších Saturnových měsíců, je mateřským tělesem pro některá tělesa menší, která se pohybují kolem Saturnu také po retrográdních drahách. Tato tělíska mohla být z povrchu Phoebe vyvržena při dávné srážce s jiným poměrně velkým tělesem a uvedena na samostatné dráhy kolem planety Saturn. Část z nich však postupně dopadla zpět na povrch Phoebe a vytvořila struktury, které pozorujeme.

Phoebe je podle všech získaných výsledků jednoznačně tělesem, které se svým vzhledem a vlastnostmi mnohem více podobá kometám, planetě Pluto či jiným transneptunickým tělesům, než obyčejným planetkám. Musel být tedy v minulosti na oběžné dráze kolem Saturnu zachycen. Vznikl tedy samostatně, daleko ve vnějším Edgeworthově-Kuiperově pásu.